Guia de Ciência dos Materiais e Estrutura Atômica

Metais: Combinação de elementos metálicos. São bons condutores de calor e eletricidade, pois os elétrons não estão ligados a nenhum átomo em particular. São resistentes e deformáveis.

Cerâmicos: Compostos constituídos por elementos metálicos e não metálicos. São geralmente duros, resistentes e isolantes térmicos e elétricos.

Polímeros: Compostos orgânicos baseados em carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos. São constituídos por grandes moléculas (macromoléculas), possuem baixa densidade e são flexíveis.

Termorrígidos: Polímeros que passaram por um processo de cura sob alta temperatura e não podem ser fundidos novamente. Apresentam alta resistência à compressão e à temperatura, mas baixa resistência ao impacto.

Termoplásticos: Podem ser fundidos diversas vezes. São deformáveis, possuindo baixa resistência à compressão, alta resistência ao impacto e baixa resistência à temperatura.

Elastômeros: Não podem ser fundidos. Possuem alta elasticidade, alta resistência ao impacto e à compressão, e baixa resistência à temperatura.

Compósitos: Materiais compostos por diversos constituintes insolúveis entre si. São combinados para apresentar as melhores características de cada material.

Materiais Avançados: São materiais novos ou tradicionais que tiveram as suas propriedades otimizadas.

Semicondutores: Possuem propriedades elétricas intermediárias entre os metais (condutores) e os isolantes. São extremamente sensíveis à presença de impurezas.

Biomateriais: Não produzem substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (biocompatíveis).

Nanomateriais: São materiais manipulados na escala de átomos e moléculas com o objetivo de formar novas estruturas, melhorando as propriedades do material.

Materiais Inteligentes: São materiais que possuem uma ou mais propriedades que podem ser alteradas de forma controlada por estímulos externos.

Átomo: É composto por um núcleo pequeno ao redor do qual vários elétrons se movimentam.

Núcleo: Formado por nêutrons e prótons.

Nêutrons: Partículas eletricamente neutras.

Prótons: O número de prótons determina o número atômico (Z).

Massa Atômica (A): É a massa total de prótons e nêutrons (A = Z + N).

Número Quântico Principal (n): Indica a qual camada pertence o elétron (K, L, M, N, O, P, Q).

Número Quântico Secundário (l): Indica a qual subnível pertence o elétron (s, p, d, f).

Número Quântico Magnético (m): Indica a qual orbital pertence o elétron (s = 1 orbital, p = 3, d = 5, f = 7).

Número Quântico de Spin (s): Indica o sentido da rotação do elétron (↑ = -½, ↓ = +½).

Ligação Iônica: Ocorre com a formação de íons por meio da atração eletrostática entre átomos. Sempre um dos átomos perde elétrons e o outro recebe (o átomo mais eletronegativo atrai os elétrons), resultando na atração mútua de íons positivos e negativos.

Características da Ligação Iônica:

• Sólidos e cristalinos;
• Elevados pontos de fusão e ebulição;
• Duros e quebradiços;
• Boa condutividade elétrica no estado líquido;
• O solvente principal é a água.

Ligação Covalente: Consiste no compartilhamento de elétrons entre dois átomos, onde cada um contribui com um elétron para a formação de um par compartilhado que pertence a ambos.

Características da Ligação Covalente:

• Ocorre quando a diferença de eletronegatividade é baixa;
• Possui pontos de fusão e ebulição baixos;
• Só conduz corrente elétrica em solução aquosa se houver ionização (formação de íons).

Ligação Metálica: Caracteriza-se por cátions metálicos mergulhados em um "mar de elétrons" livres.

Características da Ligação Metálica:

• Dureza variável;
• Ductilidade (capacidade de se deformar plasticamente quando submetido a tensões sem se romper).

Dipolo: É criado quando há uma distribuição desigual de cargas em uma molécula, gerando extremidades com cargas parciais positiva e negativa, embora a carga total seja zero.

Forças Intermoleculares: São as forças de atração entre moléculas que se rompem quando uma substância se funde ou entra em ebulição. Diferem das forças intramoleculares (como as ligações covalentes), que mantêm os átomos da molécula unidos e são muito mais fortes.

Força Íon-Dipolo: É a interação entre um íon e uma molécula polar (dipolo). É a mais forte das forças intermoleculares.

Força Dipolo-Dipolo: Comum em moléculas polares neutras. Para moléculas de massa e tamanho semelhantes, a força dipolo-dipolo aumenta com o aumento da polaridade.

Forças de Dispersão de London: São as forças intermoleculares mais fracas. Surgem devido a dipolos instantâneos que afetam as moléculas adjacentes.

Ligação de Hidrogênio: Um tipo de interação dipolo-dipolo especialmente forte que ocorre quando o hidrogênio está ligado a átomos altamente eletronegativos (F, O, N).

Cúbica Simples (CS):

• Átomos por célula = 1
• Número de coordenação = 6
• Parâmetro de rede (a) = 2R
• Fator de empacotamento = 0,52

Cúbica de Corpo Centrado (CCC):

• Átomos por célula = 2
• Número de coordenação = 8
• Parâmetro de rede (a) = 4R / √3
• Fator de empacotamento = 0,68

Cúbica de Face Centrada (CFC):

• Átomos por célula = 4
• Número de coordenação = 12
• Parâmetro de rede (a) = 4R / √2
• Fator de empacotamento = 0,74

Fator de Empacotamento Atômico (FEA): É a razão entre o volume dos átomos em uma célula unitária e o volume total da célula unitária.

Volume dos átomos em uma célula unitária: Calculado como: Átomos por célula × (4/3) × π × R³.

Volume da célula unitária: Calculado como: V = a³ (onde a é o parâmetro de rede).